Differentiallampe für getheiltes elektrisches Licht. Mit Abbildungen. Differentiallampe für getheiltes elektrisches Licht. Die neue Lampe von Siemens und Halske in Berlin (* D. R. P. Kl. 21 Nr. 8654 vom 16. April 1879 und Zusatz * Nr. 8900 vom 14. August 1879) in Verbindung mit den aus der gleichen Firma hervorgegangenen neuen Wechselstrom-Maschinen hat sich seit den wenigen Monaten ihres Bestehens bereits so gut bewährt und in Folge dessen eine so weite Verbreitung gefunden, daſs es in der That den Anschein gewinnt, als ob mit ihrem Auftreten einer der wesentlichsten von den bisher im elektrischen Beleuchtungswesen gemachten Fortschritte erzielt sei. Diese Lampe löst die allseitig angestrebte Aufgabe der Theilung des elektrischen LichtbogensZu unterscheiden von der bei Erzeugung von Glühlichtern leicht zu erzielenden Vertheilung des Lichtes, wie z.B. bei den Anordnungen von Reynier (1878 227 * 399. 1879 231 285. 1880 235 319), Werdermann (1879 231 * 34. 1880 235 319), Marcus (1879 231 * 423. 1880 235 318), Edison (1880 236 252). – Wir verweisen hierbei auf den erschöpfenden Vortrag über die Theilung des elektrischen Lichtes, welchen Fr. v. Hefner-Alteneck am 24. Februar im „Elektrotechnischen Vereine“ gehalten hat und welcher in der Elektrotechnischen Zeitschrift, 1880 S. 80 abgedruckt ist.bei Anwendung von selbstthätigen Regulatoren. Es geschieht dies im Wesentlichen dadurch, daſs nicht nur, wie bei den bisherigen elektrischen Lampen, die im gesammten Leitungskreise thätige Stromstärke den Abstand der Kohlenstäbe regulirt, sondern daſs durch eine angebrachte Nebenschlieſsung der Leitungswiderstand jedes einzelnen Lichtbogens sich selbstthätig corrigirt. Dieses Princip der Anwendung von Nebenschlieſsungen des Lichtbogens zur Regulirung desselben ist von Dr. Werner Siemens schon bei früheren Lampenconstructionen in Anwendung gebracht worden. Es war auch eine darauf basirte Lampe von Siemens und Halske schon auf der Wiener Weltausstellung 1873 ausgestellt; doch gelang es erst in neuester Zeit v. Hefner-Alteneck, durch Einführung einer eigenthümlichen Differential Wirkung des elektrischen Stromes und durch Verbesserung des Lampenmechanismus überhaupt, sehr einfache und vollkommen sicher functionirende Lampen zu construiren, welche die Aufgabe vollständig lösen. Vor den Jablochkoff'schen Kerzen bieten diese sogen. Differentiallampen den groſsen Vortheil, daſs ein Erlöschen der Lichter des Kreises nicht eintreten kann, wenn nicht ein Stillstand der Maschine oder ein Bruch der Leitung eintritt, und daſs die Lampen jederzeit selbstthätig ihr Licht wieder anzünden, so oft die Maschine in Gang gesetzt wird. Auch kann man vorübergehend die eine oder die andere Lampe erlöschen lassen, ohne die übrigen Lichter im gleichen Stromkreise zu schädigen. Die Lampenbeleuchtung hat daneben noch den weiteren Vorzug vor der Kerzenbeleuchtung, daſs die Kosten der Kohlenstäbe geringer sind als die der Kerzen, so daſs die Betriebskosten einer elektrischen Beleuchtung unter Umständen sich schon jetzt bedeutend niedriger stellen als für die Gasbeleuchtung. Bei den bisher gebräuchlichen elektrischen Lampen wird bekanntlich die Regulirung der Länge, des Lichtbogens dadurch bewirkt, daſs der elektrische Strom zu einer Kraftäuſserung unter Ueberwindung einer Feder oder eines Gewichtes, in Verbindung mit entsprechenden Mechanismen, verwendet wird, wobei für die zu erzielende Länge des elektrischen Lichtbogens der Augenblick maſsgebend ist, in welchem die Kraftäuſserung des elektrischen Stromes der constant entgegenwirkenden Kraft der Feder oder des Gewichtes das Gleichgewicht hält. Da dieser Augenblick nur bei einer bestimmten Stromstärke eintritt, so kann eine sich gleichbleibende Länge des elektrischen Lichtbogens nur dann erhalten werden, wenn alle andern Factoren, die ebenfalls auf die Stromstärke von Einfluſs sind, also die elektromotorische Kraft der Stromquelle und der Widerstand im übrigen Schlieſsungskreise, constant erhalten werden. Die erwähnte Kraftäuſserung des elektrischen Stromes besteht bekanntlich in der Anziehung eines vom Strome umflossenen Elektromagnetes auf einen vorliegenden Anker, oder in der anziehenden Kraft, welche eine vom Strome umkreiste Drahtspule auf einen in sie hineinragenden Eisenkern ausübt, o. dgl. Bei der neuen Differentiallampe wird an die Stelle der Gewichts – oder Federkraft, welche der Kraftäuſserung des elektrischen Stromes entgegenwirkt, die Anziehung einer zweiten Spule oder eines Elektromagnetes, welcher von einem Zweigstrome durchlaufen wird, gesetzt. Auſser der erwähnten Gegeneinanderwirkung der beiden Spulen u.a. ist keine andere Kraft auf das bewegliche System thätig, welches an und für sich ganz oder theilweise äquilibrirt ist. Fig. 1., Bd. 236, S. 421Durch Fig. 1 ist das Regulirungsprincip der für Siemens und Halske (* D. R. P. Kl. 21 Nr. 5031 vom 19. October 1878) patentirten neuen Lampe erläutert, a und b sind die beiden Kohlenhalter, g und h die Kohlenstäbe; cc1 ist ein um den Punkt d drehbarer Hebel. Bei e ist der Kohlenhalter a mit dem Theile c1 des Hebels verkuppelt. Diese Verbindung ist aber derart, daſs sie in der untersten Stellung der Seite c1 des Hebels ausgelöst wird. Es fällt darauf der Halter a gegen die untere Kohle herunter, wobei die Geschwindigkeit dieses Falles durch ein kleines Hemmrad mit Pendel gemäſsigt wird. Die unterste Stellung der rechten Seite c1 des Hebels tritt aber jedesmal in der Ruhe ein, in Folge des verschiebbaren Uebergewichtes P des Hebels. Tritt ein elektrischer Strom ein, so zieht dieser den Eisenstab S in die Spule hinein, das rechte Ende c1 des Hebels verläſst seine unterste Stellung, wobei der Halter a sofort wieder mit ihm verkuppelt und mit in die Höhe gehoben wird. Dadurch entsteht der elektrische Lichtbogen bis zu der Länge, in welcher er den elektrischen Strom durch den mit seiner Länge zunehmenden Leitungswiderstand so weit schwächt, daſs die Anziehung der Spule R dem entgegenwirkenden Gewichte P das Gleichgewicht hält. Durch die Thätigkeit der Lampe wird also im Allgemeinen zunächst nicht eine bestimmte Bogenlänge, sondern nur unter Veränderung des Widerstandes des Bogens eine bestimmte Stromstärke hergestellt. Eine sich gleichbleibende Bogenlänge, wie sie zur Erzielung eines brauchbaren elektrischen Lichtes nöthig ist, wird dabei nur dann erzielt, wenn die betreffende Stromstärke auch immer bei dem gleichen Widerstände des Lichtbogens eintritt, d.h., wenn die elektromotorische Kraft der Stromquelle und die übrigen Widerstände und sonstigen Vorgänge im Stromkreise constant sind. Aus diesem Grunde können auch nicht mehrere solcher elektrischer Lampen in einen Stromkreis oder parallel zu einander eingeschaltet werden. In der neuen Differentiallampe ist das Gewicht P durch eine zweite mit feinem Drahte und vielen Umwindungen bewickelte Spule T (Fig. 2) ersetzt, welche auf eine Verlängerung des Stabes S in entgegengesetztem Sinne wirkt und welche in eine Abzweigung zwischen den beiden Auſsenklemmen der Lampe eingeschaltet ist. Da das bewegliche System durchaus äquilibrirt ist, so erfolgt nunmehr die Regulirung des Lichtbogens durch die alleinige Differentialwirkung der elektrischen Ströme in den beiden Spulen. Es bildet sonach die dünndrähtige Spule T eine Nebenschlieſsung von hohem Widerstände für den elektrischen Strom zu dem im Uebrigen nicht geänderten Stromweg der elektrischen Lampe und speciell auch zu dem Lichtbogen. Die Stromstärke in den beiden Stromzweigen ist nach einem bekannten Gesetze umgekehrt proportional den jeweiligen Widerständen in den beiden Zweigen. Die Wirkungsweise ist folgende: Der eintretende elektrische Strom findet die Kohlenstäbe in beliebiger Stellung zu einander vor, z.B. weit getrennt. Fig. 2., Bd. 236, S. 422In diesem Falle hat nur die dünndrähtige Spule T Strom, da der andere, durch die dickdrähtige Spule R gehende Zweig an der Trennungsstelle der Kohlenstäbe unterbrochen ist. Die Spule T zieht also den Stab S in sich hinein und bringt die Seite c1 des Hebels cc1 in ihre unterste Stellung. In dieser Lage löst sich der Kohlenhalter (wie später näher beschrieben ist) von dem Hebelarme c1 los und fällt langsam herunter, bis sich die Kohlen treffen. In diesem Momente wird der Zweig, in welchem sich die dünndrähtige Spule T befindet, fast stromlos, während der Strom in den starken Windungen von R kräftig auftritt. Durch die Anziehung dieses Stromtheiles in der Spule R wird der Stab S nach unten gezogen. Hierdurch hebt sich der Hebelarm c1. Im ersten Momente dieser Hebung stellt sich die vorher gelöste Verbindung zwischen dem Hebelarm c1 und dem Kohlenhalter a wieder her, die Kohlenstäbe gehen aus einander und der Lichtbogen wird entzündet. In Folge des in dem Stromkreise der Spule R hinzutretenden Widerstandes des Lichtbogens, welcher bekanntlich mit der Länge des Bogens zunimmt, wächst der Strom wieder in der dünndrähtigen Spule T, während er in R schwächer wird, bis bei einem bestimmten Widerstände des Bogens sich die von R und T auf den Stab S ausgeübten Anziehungen das Gleichgewicht halten. Es brennen darauf die Kohlenstäbe langsam ab, aber die gleiche Bogenlänge stellt sich immer wieder her, indem die Gleichgewichtslage bei einer entsprechend höheren Stellung des Eisenstabes eintritt. Es steigt also dieser langsam in die Höhe, während der Hebelarm c1 mit dem oberen Kohlenhalter sich senkt. Ist der Hebelarm c1 in seiner untersten Stellung angelangt, so löst sich seine feste Verbindung mit dem Kohlenhalter, derselbe fällt langsam herunter, jedoch nur sehr wenig, da die eintretende Verkürzung des Lichtbogens wieder das Aufwärtsgehen des Hebelarmes c1 zur Folge hat und sich dabei die Kuppelung zwischen ihm und dem oberen Kohlenhalter wieder herstellt. Der Eisenstab S spielt von nun an nahezu in seiner höchsten, der Hebelarm c1 dem entsprechend nahe in seiner untersten Lage nur um ein Geringes aufwärts und abwärts, wobei in kurzen Zwischenräumen die obere Kohle um so viel nachfällt, als zum Ausgleiche der Verbrennung der Kohlenstäbe nöthig ist. Wird durch irgend welchen Vorgang im Stromkreise auſserhalb der Lampe die Stromstärke verändert, so bringt dies an sich in der Lampe keine Bewegung hervor, weil dabei die Stromstärken in beiden Zweigen um ein gleich Vieles ihrer früheren Stärke ab – oder zunehmen, also die Summe ihrer auf den Eisenstab ausgeübten Anziehungen nach wie vor Null und das Gleichgewicht ungestört bleibt. Für die Gröſse des Widerstandes, auf welchen der Lichtbogen gebracht wird, ist das Verhaltniſs der Wirkungen R und T auf den Stab S maſsgebend. Dieselbe wird also vorbestimmt durch geeignete Auswahl des Widerstandes und der Zahl der Umwindungen auf den beiden Spulen, oder indem man den Stab S in die eine der beiden Spulen mehr oder weniger eintauchen läſst. Zu diesem Zwecke kann die obere Spule in eine höhere oder tiefere Stellung gebracht oder darin befestigt werden. Während also bei den früheren elektrischen Lampen die Regulirung nicht unabhängig von den Vorgängen im Stromkreise auſserhalb der Lampe war, sondern von solchen beeinfluſst wurde, die gleichzeitige Einschaltung mehrerer Lampen in ein Stromnetz also nicht zulässig war, weil jede durch den Lichtbogen einer Lampe hervorgerufene Stromschwankung auch die Mechanismen anderer Lampen zu unzeitiger Thätigkeit veranlaſste, wird bei der neuen Erfindung diese Einschaltung von mehreren Lampen in einen Stromkreis ermöglicht, weil jede Lampe, unabhängig von der anderen, ihren Lichtbogen auf einen genau gegebenen Widerstand und eine dadurch bestimmte Länge und Helligkeit einstellt. Es ist somit das Problem der sogenannten Theilung des elektrischen Lichtes unter Anwendung elektrischer Lampen mit Mechanik (Regulatoren) praktisch gelöst. Eben so, wie man demnach bei entsprechender Spannung der verwendeten Stromquelle (einerlei, ob sie gleichgerichtete oder Wechselströme liefert) mehrere Lampen in einen Kreis schalten kann, ist auch die Einschaltung von mehreren Lampen in verschiedene von derselben Stromquelle ausgehende Zweigleitungen oder parallel neben einander ermöglicht. Man kann sogar beide Methoden des Einschaltens gleichzeitig für die nämliche Stromquelle in Verbindung bringen und gewinnt dadurch die Möglichkeit, entsprechend den verschiedenen Stromstärken, in den verschiedenen Theilen des Netzes Lichter von verschiedener Stärke durch elektrische Lampen der vorbeschriebenen Art zu erzeugen. Wenn bei dem Betriebe mehrerer Lampen in einem Stromkreise an einer Lampe die Kohlenstäbe abgebrannt sind, so würde zwar trotz der entstehenden Unterbrechung der Stromkreis noch durch die dünndrähtige Spule der betreffenden Lampe geschlossen bleiben, durch den groſsen Widerstand derselben jedoch eine solche Schwächung erfahren, daſs die übrigen Lampen des Stromkreises schlecht brennen würden. Es ist deshalb ein Contact angebracht, welcher beim Verlöschen einer Lampe diese sofort selbstthätig aus dem Stromkreis ausschlieſst. Die eingehende Beschreibung dieses Contactes (welcher Gegenstand des Zusatzpatentes ist) würde hier zu weit führen. Derjenige Theil des Stromes, welcher durch die Nebenschluſsspule mit dünnem Drahte läuft, geht natürlich für die Lichtentwicklung verloren; doch ist dieser Verlust so auſserordentlich gering, daſs er gänzlich unmerkbar wird und auch photometrisch nicht nachweisbar ist. Es wird dies um so begreiflicher, wenn man den kleinen Unterbrechungsfunken, welchen der nur schwache Strom in der Nebenschluſsspule erzeugt, beobachtet und sich klar macht, daſs höchstens nur dessen geringe Leuchtkraft dem elektrischen Lichtbogen verloren gehen kann. Dagegen wird durch die zweite Spule die Energie, mit welcher die Regulirung eintritt, wesentlich erhöht. Zum Betriebe der Differentiallampen verwenden Siemens und Halske bis jetzt ihre neuen ursprünglich für den Betrieb Jablochkoff'scher Kerzen construirten Wechselstrom-Maschinen. Während es für die Kerzen nicht rathsam ist, mehr als vier derselben in einen Stromkreis zu legen, kann man die Differentiallampen in fast beliebiger Zahl hinter einander schalten. Die Grenze dafür liegt nur in der hohen Spannung, auf welche man die Stromquelle einrichten muſs, und der daraus entstehenden Gefahr des Durchschlagens der Isolation in der Maschine. Doch werden jetzt schon 20 Lampen in einem Stromkreise betrieben, ohne daſs irgend ein Nachtheil dabei hervorgetreten ist. Wenn es gegenüber der Jablochkoff'schen Kerzenbeleuchtung, der einzigen, welche es bis jetzt zu einem ausgedehnten praktischen Erfolg gebracht hat, als Rückschritt erscheinen könnte, daſs mit der Differentiallampe in jede Laterne wieder ein Mechanismus eingeführt ist, welcher durch die Kerze beseitigt war, so ist hervorzuheben, daſs thatsächlich die Schwierigkeiten, welche bei der Kerzenbeleuchtung durch den Umstand hervorgerufen waren, daſs die Kerze nur bei einer ganz bestimmten Stromstärke ordentlich brennt, – ganz abgesehen von der unvermeidlichen Gefahr des Erlöschens, wenn eine Kerze schlecht ist, oder die Stromstärke auch nur einen Moment um ein Geringes fällt, – sehr viel hoher anzuschlagen sindZur Bestätigung dessen sei auf einen längeren Rundschau-Artikel in dem Journale für Gasbeleuchtung (1880 S. 1) hingewiesen. Der Verfasser glaubt (a. a. O. S. 15), daſs bei der eigentlichen Beleuchtung von geschlossenen Räumen eine Siemens'sche Differentiallampe 20 vertheilten Gasflammen, bezieh. einem Gasverbrauche von 2cbm,84 in der Stunde entspricht.D. Ref.als die Bedenken, welche der Wiedereinführung eines übrigens sehr einfachen und gut arbeitenden Mechanismus entgegen stehen könnten. Auch darf nicht auſser Acht gelassen werden, daſs bei der längeren Brenndauer der Kohlenstäbe in den Lampen die Umschalter, welche zum Einschalten neuer Kerzen erforderlich sind, und die theuern, oft sehr schwer unterzubringenden fünf isolirten Drahtleitungen zwischen der Laterne und dem Umschalter in Wegfall kommen, so daſs dadurch in der That die Beleuchtungseinrichtung durch Differentiallampen trotz der hinzutretenden Mechanismen sich viel einfacher und auch in der Anlage billiger gestaltet als die elektrische Kerzenbeleuchtung. Unsere Quelle (Zeitschrift für angewandte Elektricitätslehre, 1880 Bd. 2 S. 2) und ebenso die Elektrotechnische Zeitschrift, 1880 S. 103 geben Skizzen von der Anordnung der einzelnen Theile in der Differentiallampe, worauf wir hiermit sowie auch auf die Patentschriften verweisen. E–e.